一种复合地层盾构滚刀磨损量确定方法
专利汇可以提供一种复合地层盾构滚刀磨损量确定方法专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本 发明 提供了一种复合 地层 盾构 滚刀 磨损量确定方法，包括：第一步、通过钻探法和无侧限抗压试验确定隧道规划线路沿线的地层分布情况和各地层的地层强度S；第二步、收集施工过程中的盾构参数和地层参数，确定待预测滚刀的动荷系数nd以及 摩擦系数 α；第三步、根据盾构施工前期换刀数据确定摩擦能与滚刀累计磨损量Q之间的相关系数k；第四步、根据 预测模型 和掘进环数N确定累计磨损量Q，并根据磨损限值Q0确定更换滚刀的时机。采用本发明方法，可以实现合理安排开仓换刀时机、降低换刀成本、缩短施工周期的目的。，下面是一种复合地层盾构滚刀磨损量确定方法专利的具体信息内容。
1.一种复合地层盾构滚刀磨损量确定方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：
第一步、通过钻探法和无侧限抗压试验，确定隧道规划线路沿线的地层分布情况和各地层的地层强度S；
第二步、收集施工过程中的盾构参数和地层参数，确定待预测滚刀的动荷系数nd以及摩擦系数α；其中：
所述动荷系数nd是指滚刀在经过软硬地层界面时受冲击荷载影响的动荷系数，由公式(2)确定：
式中：r表示待预测滚刀至刀盘中心的距离，m；R表示刀盘半径，m；z表示软、硬地层分界面距离掌子面中心的距离，m，掌子面是指盾构掘进过程中受刀盘切割的地层；
所述滚刀与掌子面的摩擦系数α根据工程经验由公式(3)确定：
式中：F表示盾构推力，S表示地层强度，T表示刀盘扭矩；
第三步、根据盾构施工前期换刀数据，确定摩擦能与滚刀累计磨损量Q之间的相关系数k；k由公式(4)确定：
式中：α表示摩擦系数；nd表示动荷系数；F表示盾构推力，kN；n表示刀盘转速，rpm；r表示待预测滚刀至刀盘中心的距离，m；l表示盾构推进距离，即盾构机在施工过程中沿着隧道掘进方向前进的距离，m；Q表示待预测滚刀在切削掌子面过程中造成待预测滚刀材料损耗而导致的滚刀径向减小量，mm；v表示盾构推进速度，mm/min；
第四步、根据预测模型和掘进环数N确定累计磨损量Q，并根据磨损限值Q0确定换刀时机。
2.根据权利要求1所述的一种复合地层盾构滚刀磨损量确定方法，其特征在于，第一步中，具有以下一种或多种特征：
-所述钻探法是指：用厚壁取土设备在施工区域内每隔35m从地表向地下钻孔至隧道建设深度的1.5倍处，对获取的岩心、矿样进行分析研究并确定施工区域内的地层分布情况；
-所述无侧限抗压试验是指：将直径为150mm、高为150mm的圆柱形试件放入无侧向压力的无侧限压力仪中，然后向其施加垂直轴向压力至试件破坏，得出试件抗压强度U；
-所述地层分布情况是指：盾构沿线各地层上下界面的深度；
-所述地层强度S是指：由无侧限抗压试验得到的试件抗压强度U。
3.根据权利要求1所述的一种复合地层盾构滚刀磨损量确定方法，其特征在于，第二步中，所述盾构参数是指：盾构机在施工过程中产生的盾构推力F、刀盘转速n、盾构推进速度v和刀盘扭矩T，以及待预测滚刀至刀盘中心的距离r、每一环的宽度l0。
4.根据权利要求3所述的一种复合地层盾构滚刀磨损量确定方法，其特征在于，具有以下一种或多种特征：
-所述盾构推力F是指：盾构机在施工过程中向掌子面施加的垂直推力，kN；
-所述刀盘转速n是指：盾构机发动机在施工过程中带动刀盘旋转的转动速度，rpm；
-所述盾构推进速度v是指：盾构机在施工过程中沿着隧道掘进方向前进的速率，mm/min；
-所述刀盘扭矩T是指：盾构机在施工过程中，发动机带动刀盘旋转而产生的扭矩，kN·m。
5.根据权利要求1所述的一种复合地层盾构滚刀磨损量确定方法，其特征在于，第二步中，所述地层参数是指：每一环平均地层强度Si，下标i表示环号。
6.根据权利要求5所述的一种复合地层盾构滚刀磨损量确定方法，其特征在于，所述每一环平均地层强度Si是指：根据地层分布情况确定的加权平均值，由公式(1)确定：
其中：Si表示每一环平均地层强度，MPa；Sr表示掌子面内较软地层的强度，MPa；Sy表示掌子面内较硬地层的强度，MPa；hr表示掌子面内较软地层的厚度，m；hy表示掌子面内较硬地层的厚度，m；D表示掌子面最大高度，m。
7.根据权利要求1所述的一种复合地层盾构滚刀磨损量确定方法，其特征在于，第三步中，所述摩擦能是指：在盾构施工期间，滚刀在掌子面上滚动摩擦所产生的能量。
8.根据权利要求1所述的一种复合地层盾构滚刀磨损量确定方法，其特征在于，第四步中，所述预测模型是指：由公式(3)和公式(4)推导得到的预测磨损量Qi公式(5)：
式中：预测磨损量Qi是指根据预测模型确定的滚刀每一环的磨损量，根据预测磨损量及滚刀额定磨损限值确定换刀时机；l0表示每一环的宽度；αi表示每一环的摩擦系数，Fi表示每一环的盾构推力，ni表示每一环的刀盘转速，其中i表示环号。
9.根据权利要求1所述的一种复合地层盾构滚刀磨损量确定方法，其特征在于，第四步中，所述掘进环数N是指：从滚刀开始施工到需要预测滚刀磨损量期间盾构掘进的环数。
10.根据权利要求1-9任一项所述的一种复合地层盾构滚刀磨损量确定方法，其特征在于，所述换刀时机是指：滚刀累计磨损量Q超过额定的滚刀磨损量限值Q0，即Q＞Q0；
滚刀在一个施工周期内的累计磨损量Q由公式(6)确定：
一种复合地层盾构滚刀磨损量确定方法
技术领域
背景技术
发明内容
具体实施方式
2.2m；hy表示掌子面内较硬地层的厚度，为2.2m；D表示掌子面最大高度，为4.4m。
2.67mm，Q23为2.26mm。
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